[發明專利]一種基于自抗擾控制和類史密斯預估的控制系統控制方法

有效

• 申請號: 202011125339.6
• 申請日: 2020-10-20
• 公開（公告）號: CN112180737B
• 公開（公告）日: 2022-04-19
• 發明（設計）人: 吳振龍;劉艷紅;霍本巖;李方圓;楊磊
• 申請（專利權）人: 鄭州大學
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 鄭州睿信知識產權代理有限公司 41119
• 代理人: 史萌楊

1.一種基于自抗擾控制和類史密斯預估的控制系統控制方法，其特征在于，包括如下步驟：

1)將在上一計算步序時的被控對象輸出值y(Γ-1)和在上一計算步序時的被控對象輸入值u(Γ-1)代入至類史密斯預估器中，得到在當前計算步序時的類史密斯預估器輸出值y_p(Γ)；所述類史密斯預估器為：

y_p(Γ)＝y₁(Γ-1)-y₂(Γ-1)+y(Γ-1)

其中，y_p(Γ)為在當前計算步序Γ時的類史密斯預估器輸出值；y₁(Γ-1)為G₁(s)在上一計算步序Γ-1時的輸出值，y₂(Γ-1)為G₂(s)在上一計算步序Γ-1時的輸出值，且G₁(s)的輸入值為在上一計算步序時的被控對象輸入值u(Γ-1)，G₂(s)的輸入值為在上一計算步序Γ-1時的y₁(Γ-1)；G₁(s)和G₂(s)為類史密斯預估算法設計的計算表達式，k₁、m分別為G₁(s)的增益和階次，T₁為G₁(s)和G₂(s)的時間常數，n為表示所述被控對象的高階系統的階次，且n≥3，m≤n；y(Γ-1)為在上一計算步序Γ-1時的被控對象輸出值；

2)將在當前計算步序類史密斯預估器輸出值y_p(Γ)和在當前計算步序時的被控對象輸入值u(Γ)輸入至自抗擾控制器中作為擴張狀態觀測器的輸入，結合在下一計算步序時的輸出給定值r(Γ+1)，對被控對象進行基于自抗擾控制的調控，得到在下兩個計算步序時的被控對象輸入值u(Γ+2)；其中，所述自抗擾控制器包括擴張狀態觀測器；

3)根據所述在下兩個計算步序時的被控對象輸入值實時控制被控對象的執行機構動作，實現對被控對象的調節與控制。

2.根據權利要求1所述的基于自抗擾控制和類史密斯預估的控制系統控制方法，其特征在于，若所述自抗擾控制器為一階自抗擾控制器，則所述擴張狀態觀測器為：

其中，z₁(Γ+1)、z₁(Γ)分別為在下一計算步序Γ+1、當前計算步序Γ時的被控對象輸出值y(Γ+1)、y(Γ)的跟蹤值；z₂(Γ+1)、z₂(Γ)分別為在下一計算步序Γ+1、當前計算步序Γ時的被控對象所受總干擾的觀測值；h為采樣步長；β₁、β₂和b₀為計算系數；y_p(Γ)為在當前計算步序Γ時的類史密斯預估器輸出值；u(Γ)為在當前計算步序Γ時的被控對象輸出值。

3.根據權利要求2所述的基于自抗擾控制和類史密斯預估的控制系統控制方法，其特征在于，所述在下兩個計算步序時的被控對象輸入值為：

其中，k_p為計算系數。

4.根據權利要求1所述的基于自抗擾控制和類史密斯預估的控制系統控制方法，其特征在于，若所述自抗擾控制器為二階自抗擾控制器，則所述擴張狀態觀測器為：

其中，z₁(Γ+1)、z₁(Γ)分別為在下一計算步序Γ+1、當前計算步序Γ時的被控對象輸出值y(Γ+1)、y(Γ)的跟蹤值；z₂(Γ+1)、z₂(Γ)分別為在下一計算步序Γ+1、當前計算步序Γ時被控對象輸出值y(Γ+1)、y(Γ)的跟一階導數的跟蹤值；z₃(Γ+1)、z₃(Γ)分別為在下一計算步序Γ+1、當前計算步序Γ時的被控對象所受總干擾的觀測值；h為采樣步長；β₁、β₂、β₃和b₀為計算系數；y_p(Γ)為在當前計算步序Γ時的類史密斯預估器輸出值；u(Γ)為在當前計算步序Γ時的被控對象輸出值。